In den frühen 1900er Jahren hatte ein französischer Physiker eine neue Idee, um die Theorie der Atomstrukturen zu erklären. Dieser Physiker war ein Mann namens Louis de Broglie.
Broglie vermutete, dass Teilchen die Eigenschaften von Wellen annehmen könnten. Broglies Theorie erwies sich als richtig und wurde einige Jahre später in einem der berühmtesten Lichtexperimente aller Zeiten, dem Doppelspaltexperiment, bestätigt.
Durch Bestätigung der Theorie, dass Partikel könnte gleichzeitig als Wellen wirken, Physiker hatten entdeckt, dass Elektronenströme genauso wirken wie Licht.
Was ist Welle-Teilchen-Dualität?
Elektronen, negativ geladene elektronische Teilchen, können sowohl als Wellen als auch als Teilchen wirken. Dies wird als Welle-Teilchen-Dualität bezeichnet.
Die Welle-Teilchen-Dualität hat keinen massiven Einfluss auf die Elektronen insgesamt, hilft aber den Physikern, viele der seltsamen Verhaltensweisen der Elektronen zu verstehen.
Das Konzept der Welle-Teilchen-Dualität ist für die Quantenmechanik von zentraler Bedeutung. Es hilft den Physikern, die Lücke zu dem zu schließen, was mit dem Traditionellen nicht leicht zu verstehen ist. Physik Interpretationen.
Die Idee der Welle-Teilchen-Dualität reicht bis in das 17. Jahrhundert zurück, als Isaac Newton und Christian Huygens verschiedene Theorien über die Eigenschaften von Licht vorschlugen. Einstein arbeitete auch intensiv an dem Konzept und natürlich Louis de Broglie Pionier der Theorie in seiner Zeit.
Heute ist klar, dass alle Objekte Naturen haben, die sich sowohl auf Wellen als auch auf Teilchen beziehen. Obwohl dies technisch gesehen der Fall sein mag, können wir die Auswirkungen dieses Konzepts nur dann wirklich beobachten, wenn wir sehr kleine Maßstäbe betrachten, wie zAtome.
1924 entwickelte Broglie seine Theorie der Elektronenwellen, die die Idee hatte, dass Materie die Eigenschaften von Wellen auf atomarer Ebene haben könnte, die in Einsteins früheren Theorien verwurzelt waren. Die Dualität des Lichts begann sich zu entwickeln, aber es war Broglienahm diese Idee und erweiterte sie auf die gesamte Materie. Broglie war Pionier der Idee der Dualität der Materie durch Welle-Teilchen-Dualität .
Da alles sowohl Wellen- als auch Teilchennatur hat, müssen wir als nächstes darüber nachdenken, wie sich Licht verhält.
Ist Licht ein Teilchen oder eine Welle?
Im Sinne der Welle-Teilchen-Dualität ist Licht technisch sowohl ein Teilchen als auch eine Welle. Licht ist jedoch auch keine Welle oder Teilchen. Licht ist konzeptionell eine völlig neue komplexe Existenz.
Denken Sie so darüber nach. Wenn Sie einen Zylinder in die Luft halten und einen Schatten fallen lassen, werden Ihnen zwei verschiedene Formen angezeigt. Halten Sie ihn in eine Richtung und Sie erhalten ein Rechteck. Halten Sie ihn in eine andere RichtungWenn Sie die Formen der Schatten einzeln untersuchen, erhalten Sie technisch genaue, aber völlig unvollständige Ansichten des Originalobjekts. Ein Zylinder ist weder ein Kreis noch ein Rechteck, aber es ist auch beidesDies ist auf die gleiche Weise, dass Licht weder ein Teilchen noch eine Welle ist, sondern auch technisch beides.
Wenn Sie etwas tiefer über den Fehler in den Schattendarstellungen des Zylinders nachdenken, sind sie unvollständig, weil sie nicht in denselben Dimensionen arbeiten. Ein Zylinder ist ein 3D-Objekt, das nicht vollständig durch zweidimensional erklärt werden kannSchatten.
Wenn wir das Licht auf a untersuchen Quantenskala Diese Metapher klingt noch wahrer.
Zu sagen, dass Licht ein Teilchen ist, ist eine komprimierte Darstellung dessen, was es wirklich ist. Zu sagen, dass Licht eine Welle ist, ist eine vereinfachte Erklärung dessen, was Licht ist.
Wenn wir Licht beobachten, sehen wir, wie sich diese komplexe und verwirrende Dualität abspielt.
Licht ist insofern wie Wellen, als es gebeugt, gebrochen, reflektiert und gestört werden kann.
Als De Broglie daran arbeitete, seine Theorie der Teilchenwellen-Dualität zu konkretisieren, stützte er sich stark auf Einsteins Theorie des photoelektrischen Effekts. Diese Theorie umfasst die Emission von Elektronen von einem Objekt, wenn es mit elektromagnetischer Strahlung wie Licht getroffen wird.
Licht kann als Teilchen beobachtet werden, das als Photonen bezeichnet wird. Diese Teilchen sind, wenn sie genug Energie haben, stark genug, um Elektronen aus Substanzen zu stoßen.
Elektronen setzen auch kinetische Energie frei, wenn sie von einem Objekt freigesetzt werden. Beim Experimentieren stellten die Wissenschaftler jedoch fest, dass hellere Lichter die kinetische Gesamtenergie der Elektronen nicht beeinflussten. Dies bedeutet, dass Wellen mit größerer Intensität traditionell größer sindEnergie. Da Energie proportional zur Amplitude ist, wäre zu erwarten gewesen, dass je heller das Licht auf ein Objekt scheint, desto mehr kinetische Energie von den Elektronen freigesetzt wird. Dies ist jedoch der Fall.
Wissenschaftler entdeckten, dass die Frequenz des Lichts eher das Niveau der kinetischen Energie in der Gleichung verändert. Dies bedeutet, dass bestimmte Objekte unter bestimmten Frequenzen keine Elektronen emittieren, deren Schwelle bekannt ist als V 0.
Diese Schwelle beschreibt die notwendige kinetische Energie, die ein Photon benötigt, um Elektronen von einer Oberfläche zu werfen. Die Beziehung zwischen der Lichtfrequenz und der von Elektronen gegebenen kinetischen Energie wurde als linear befunden, wobei die Steigung der Linie gleich istist bekannt als Plancksche Konstante, h = 6,63 x 10 -34 .VERBINDUNG: DIESER BESCHLEUNIGTE PARTIKEL-BESCHLEUNIGER REZYKLIERT ENERGIE MIT TERAHERTZ-WELLEN
Aber was bedeutet das alles? Da die Energie der Wellen und die Gesamtenergie des Lichts nicht korrelieren, bedeutet dies, dass Licht ein Teilchen ist, das die Eigenschaften von Wellen enthält.
All dies kann jedoch etwas verwirrend sein. Wenn Sie sich also ein Video mit Bildern zum Thema ansehen, ist dies wahrscheinlich der nächstbeste Weg, um zu verstehen, worüber wir sprechen.
Um die Eigenschaften von Licht als Teilchen und Welle sowie die Dualität von Teilchen und Wellen besser zu verstehen, sehen Sie sich dieses Video an, das das berühmte Doppelspaltexperiment zeigt.